触式驱动马达直接受控于计算机16，实现加载；
[0025]DMA控温加热炉I炉腔内设有热电偶，热电偶为DMA控温加热炉I自带部件，所测温度直接通过DMA控温加热炉I的控制软件采集。
[0026]绝缘耐高温陶瓷管和矽质管10套封在第二绝缘板8和第三绝缘板9之间的第二铜丝6上，套封时先套封绝缘耐高温陶瓷管，再在绝缘耐高温陶瓷管外套封矽质管，绝缘耐高温陶瓷管和矽质管共同将此处的第二铜丝6部分与DMA进行绝缘隔离。
[0027]两个霍尔传感器13串接在第一铜丝5或第二铜丝6连接直流电源12的通电回路电源线上，其中一个霍尔传感器13连接报警器14，另一个霍尔传感器13连接采集卡15的电流采集端口，第一铜丝5和第二铜丝6分别连接采集卡15的电压采集端口 ；采集卡15与计算机16连接。采集卡15由霍尔传感器电磁感应测定流经焊点的瞬态电流。断电报警由霍尔传感器感知焊点中电流通断来控制报警器是否报警。
[0028]本实用新型中电场由直流电源12提供，直流电源12可实现密度为O?1.59X 105A/cm2范围内的电流加载，最小电流调节值为0.0lA ;热场由DMA控温加热炉I提供，DMA可实现-150?600°C温度区间内的温度加载，升温速率0.1?20°C /min,降温速率0.1?10°C /min，控温稳定性为±0.1°C;力场由活动夹具3提供，可实现0.0001?18N力的加载，力的分辨率为0.00001N，位移加载范围为±0.5?10000 μm，位移分辨率为InmJS率范围为0.01?200Hz。可见电、热、力场可高精度无级可调。
[0029]使用时，打开动态力学分析仪DMA控温加热炉I炉盖，将微焊点2 —端装夹在贴有绝缘板的活动夹具3上，微焊点2的另一端装夹在贴有绝缘板的固定夹具7上。用软钎焊方法将第一铜丝5和第二铜丝6分别连接到微焊点2的底端和顶端，底端外接第一铜丝5弯折后通过两第一绝缘板4之间，再经第二绝缘板8和第三绝缘板9之间并从第三绝缘板9中部小孔穿出；顶端外接铜丝6依次穿过第二绝缘板8和第三绝缘板9 ;第一铜丝5和第二铜丝6经牵引一起穿过DMA控温加热炉I的炉盖顶部的通气孔。关闭DMA控温加热炉I的炉盖；在第三绝缘板9和第四绝缘板11间的第一铜丝5和第二铜丝6部分套封绝缘耐高温陶瓷管和矽质管10，将中心开孔的第四绝缘板11铺在DMA控温加热炉I炉盖上表面；再将第一铜丝5和第二铜丝6用软钎焊方法分别连接在直流电源12的正、负极引线上(DC的引线上)，进行电场加载，可根据需要改变流经微焊点试样的电流值大小。在计算机16上对DMA进行应力场和温度场加载程序等的编程，启动DMA后，由环绕在DMA控温加热炉I内壁的电阻丝对微焊点进行加热，实现温度(热)场加载，加热温度由DMA控温加热炉I炉腔内的热电偶测定；通过与活动夹具3连接的驱动杆实现应力场加载，可根据需要将应力加载模式设为拉伸、剪切、蠕变、应力松弛(释放)、疲劳或振动。
[0030]微焊点在电-热-力耦合场加载实验时，将两个霍尔传感器13串在通电回路电源线上，其中一个霍尔传感器13连接报警器14，焊点断裂后致使通电回路开路，进而报警器14报警以提醒实验人员更换样品；另一个霍尔传感器13连接采集卡15的电流采集端口，对流经微焊点的瞬态电流进行采集，从焊点两端引出两根引线连接采集卡15的电压采集端口，对微焊点两端瞬态电压进行采集，从而可计算出微焊点在电-热-力耦合场作用时的瞬态电阻值，进而可以结合显微组织演化结果分析微焊点各变形阶段的损伤情况。
[0031]通过上述实验系统来对微焊点进行电-热-力耦合场加载，实现对微焊点在更接近于实际服役条件下的可靠性表征。
[0032]本实用新型中微焊点试样，根据实验需要可选取如图2所示的线性微焊点201、搭接型微焊点202或球栅阵列结构微焊点203。球栅阵列简称BGA (BalI grid array，BGA)。线性微焊点201包括了 2个金属间化合物界面层，比较接近真实焊点，其结构均一，进行电、力加载时，电流不会出现拥挤效应且焊点各处应力大小相同，采用线性微焊点201进行可靠性探究，可极大地简化问题；搭接型微焊点202包括了 2个金属间化合物界面层，比较接近真实焊点，其结构与真实焊点结构模式类似，可用于探究真实焊点受剪切载荷下可靠性；球栅阵列结构微焊点203与真实焊点结构一致，可更精准的探究真实焊点的服役可靠性。
[0033]采用线性微焊点201，对其进行等应力/应变加载，即拉伸加载；
[0034]采用搭接型微焊点202或球栅阵列结构微焊点203对其进行等应力/应变加载，即剪切加载；
[0035]对微焊点施加恒定的应力，即蠕变加载；
[0036]对微焊点施加一恒应变，即应力松弛(释放)加载；
[0037]对微焊点施加稳定的交变应力/应变，即疲劳加载；
[0038]对微焊点在一定频率范围内施加适当的应力/应变，即为振动加载；
[0039]对微焊点在一定的电、热场作用下，施加一合适的力场，使其可在长时间内不发生明显的变形以致断裂，即可实现对微焊点的显微组织时效演化进行实验和表征。
[0040]—般认为引发明显电迀移效应的临界电流密度为1.0X 104A/cm2，而现有关于焊点在电-热-力耦合场作用下的相关研究中均低于此电流密度值，本实用新型可对微焊点施加不小于1.0X 104A/cm2的高电流密度。
[0041]应该理解，在本实用新型的基础上，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式也落在本申请公开的原则范围和精神之内。
【主权项】
1.评价微焊点在电-热-力耦合场作用下可靠性的实验系统，其特征在于，包括加载系统、控制系统和数据采集系统；加载系统包括直流电源和动态力学分析仪DMA ;控制系统主要由断电报警器和计算机构成；数据采集系统包括霍尔传感器、采集卡和热电偶； 动态力学分析仪DMA包括DMA控温加热炉、活动夹具和固定夹具；在DMA控温加热炉内空腔中部设有活动夹具和固定夹具；微焊点一端装夹在贴有绝缘板的活动夹具上，另一端装夹在贴有绝缘板的固定夹具上，活动夹具和固定夹具的一侧纵向间隔设置两第一绝缘板；固定夹具的上端间隔设置第二绝缘板和第三绝缘板；第一铜丝和第二铜丝分别连接到微焊点的底端和顶端，第一铜丝弯折后向上通过两第一绝缘板的间隔之间，再经第二绝缘板和第三绝缘板之间并从第三绝缘板中部小孔穿出；顶端外接铜丝依次穿过第二绝缘板和第三绝缘板；第一铜丝和第二铜丝经牵引一起穿过DMA控温加热炉的炉盖顶部的通气孔分别与直流电源的正、负极引线连接；活动夹具下端连接驱动杆，驱动杆与动态力学分析仪DMA底端的空气轴承连接，空气轴承与非接触式驱动马达连接，非接触式驱动马达与计算机连接； DMA控温加热炉炉腔内设有热电偶； 两个霍尔传感器串接在第一铜丝或第二铜丝连接直流电源的通电回路电源线上，其中一个霍尔传感器连接报警器，另一个霍尔传感器连接采集卡的电流采集端口，第一铜丝和第二铜丝分别连接采集卡的电压采集端口 ；采集卡与计算机连接。2.根据权利要求1所述的评价微焊点在电-热-力耦合场作用下可靠性的实验系统，其特征在于，所述微焊点试样为线性微焊点、搭接型微焊点或球栅阵列结构微焊点。3.根据权利要求1所述的评价微焊点在电-热-力耦合场作用下可靠性的实验系统，其特征在于，在第二绝缘板和第三绝缘板之间的第二铜丝的外周套封绝缘耐高温陶瓷管和砂质管。4.根据权利要求3所述的评价微焊点在电-热-力耦合场作用下可靠性的实验系统，其特征在于，所述矽质管设置在绝缘耐高温陶瓷管外周。5.根据权利要求1所述的评价微焊点在电-热-力耦合场作用下可靠性的实验系统，其特征在于，所述第一铜丝和第二铜丝微焊点的连接为软钎焊连接。
【专利摘要】本实用新型公开了评价微焊点在电-热-力耦合场作用下可靠性的实验系统；包括加载系统、控制系统和数据采集系统；加载系统包括直流电源和动态力学分析仪；控制系统主要由断电报警器和计算机构成；数据采集系统包括霍尔传感器、采集卡和热电偶；用电源对微焊点进行电场的加载，用DMA对微焊点进行力、热场的加载；通过断电报警器来监测通电下焊点是否断裂；通过数据采集系统来采集焊点的瞬态电阻、温度；本实用新型实验系统可实现对线性微焊点、搭接型微焊点和球栅阵列结构微焊点在不同强度的“电-热-力”耦合场作用下进行拉伸、剪切、蠕变、应力松弛(释放)、疲劳和振动实验。
【IPC分类】G01N3/00
【公开号】CN204831897
【申请号】CN201520531908
【发明人】张新平, 李望云
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月21日